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污泥脫水
來源：本站 作者：匿名 發(fā)布：2010/6/28 修改：2010/6/28
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污泥經(jīng)濃縮之后，其含水率仍在94%以上，呈流動狀，體積很大。濃縮污泥經(jīng)消化之后，如果排放上清液，其含水率與消化前基本相當(dāng)或略有降低；如不排放上清液，則含水率會升高。總之，污泥經(jīng)濃縮或消化之后，仍為液態(tài)，體積很大，難以處置消納，因此還需進行污泥脫水。濃縮主要是分離污泥中的空隙水，而脫水則主要是將污泥中的吸附水和毛細水分離出來，這部分水分約占污泥中總含水量的15～ 25%。假設(shè)某處理廠有1000m3由初沉污泥和活性污泥組成的混合污泥，其含水率為97.5%，含固量為2.5%，經(jīng)濃縮之后，含水率一般可降為95%，含固量增至5%， 污泥體積則降至500m3。此時體積仍很大，外運處置仍很困難。如經(jīng)過脫水，則可進一步減量，使含水率降至75%，含固量增至25%，體積則減至100m3以后，其體積減至濃縮前的1/10，減至脫水前的1/5，大大降低了后續(xù)污泥處置的難度。
污泥脫水分為自然干化脫水和機械脫水兩大類。自然干化系將污泥攤置到由級配砂石鋪墊的干化場上，通過蒸發(fā)、滲透和清液溢流等方式，實現(xiàn)脫水。這種脫水方式適于村鎮(zhèn)小型污水處理廠的污泥處理，維護管理工作量很大，且產(chǎn)生大范圍的惡臭。
機械脫水系利用機械設(shè)備進行污泥脫水，因而占地少，與自然干化相比，惡臭影響也較小，但運行維護費用較高。 機械脫水的種類很多，按脫水原理可分為真空過濾脫水、壓濾脫水和離心脫水三大類，國外目前正在開發(fā)螺旋壓榨脫水，但尚未大量推廣。真空過濾脫水系將污泥置于多孔性過濾介質(zhì)上，在介質(zhì)另一側(cè)造成真空，將污泥中的水分強行“吸入”，使之與污泥分離，從而實現(xiàn)脫水。常用的設(shè)備有各種形式的真空轉(zhuǎn)鼓過濾脫水機。壓濾脫水系將污泥置于過濾介質(zhì)上，在污泥一側(cè)對污泥施加壓力，強行使水分通過介質(zhì)，使之與污泥分離，從而實現(xiàn)脫水，常用的設(shè)備有各種形式的帶式壓濾脫水機和板框壓濾機。離心脫水系通過水分與污泥顆粒的離心力之差使之相互分離從而實現(xiàn)脫水，常用的設(shè)備有各種形式的離心脫水機。
以上幾種脫水設(shè)備都已有幾十年的使用歷史，但具體使用情況存在很大差別。二十世紀六七十年代建設(shè)的處理廠，大多采用真空過濾脫水機，但由于其泥餅含水率較高、噪聲大、占地也大，而其構(gòu)造及性能本身又無較大的改進，二十世紀80年代以來，已很少采用。板框壓濾脫水機泥餅含水率最低，因而一直在采用。但這種脫水機為間斷運行，效率低，且操作麻煩，維護量很大，所以使用并不普遍，僅在要求出泥含水率很低的情況下使用。目前國內(nèi)新建的處理廠，絕大部分都采用帶式壓濾脫水機，因為該種脫水機具有出泥含水率較低且穩(wěn)定、能耗少、管理控制不復(fù)雜等特點。離心脫水機噪音 大、能耗高、處理能力低，因此以前使用較少。但80年代中期以來，離心脫水技術(shù)有了長足的發(fā)展，尤其是有機高分子絮凝劑的普遍應(yīng)用，使離心脫水機處理能力大大提高,加之全封閉無惡臭的特點，離心脫水機采用的越來越多。鑒于以上發(fā)展趨勢，本文將主要介紹帶式壓濾脫水機和離心式脫水機的運行控制和維護管理。
污泥在機械脫水前，一般應(yīng)進行預(yù)處理，也稱為污泥的調(diào)理或調(diào)質(zhì)。這主要是因為城市污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，尤其是活性污泥脫水性能一般都較差，直接脫水將需要大量的脫水設(shè)備，因而不經(jīng)濟。所謂污泥調(diào)質(zhì)，就是通過對污泥進行預(yù)處理，改善其脫水性能，提高脫水設(shè)備的生產(chǎn)能力，獲得綜合的技術(shù)經(jīng)濟效果。污泥調(diào)質(zhì)方法有物理調(diào)質(zhì)和化學(xué)調(diào)質(zhì)兩大類。物理調(diào)質(zhì)有淘洗法、冷凍法及熱調(diào)質(zhì)等方法，而化學(xué)調(diào)質(zhì)則主要指向污泥中投加化學(xué)藥劑，改善其脫水性能。以上調(diào)質(zhì)方法在實際中都有采用，但以化學(xué)調(diào)質(zhì)為主，原因在于化學(xué)調(diào)質(zhì)流程簡單，操作不復(fù)雜，且調(diào)質(zhì)效果很穩(wěn)定。
一、污泥的脫水性能及其影響因素
1.脫水性能指標
脫水性能系指污泥脫水的難易程度。不同種類的污泥，其脫水性能不同；即使同一種類的污泥，其脫水性能也因廠而異。衡量污泥脫水性能的指標主要有二，一個是污泥的比阻(R)，另一個是污泥的毛細吸水時間(CST)。
污泥的比阻系指在一定壓力下，在單位過濾介質(zhì)面積上，單位重量的干污泥所受到的阻力，常用R(m/kg)表示，計算公式如下:
R=2•P•A2•b/(μ•W) (1)
式中，P為脫水過程中的推動力(N/m2)；對于真空過濾脫水P為真空形成的負壓，對于壓濾脫水P為濾布施加到污泥層上的壓力；A為過濾面積(m2)；μ為濾液的粘度(N•S/m2)；W位單位體積濾液上所產(chǎn)生的干污泥重量(kg/m3)；b位比阻測定中的一個斜率系數(shù)(S/m6)，其值取決于污泥的性質(zhì)。
R的單位還常采用S2/g•mkg與S2/g的換算關(guān)系為:1m/kg=9.81×103×S2/g。已有很多人發(fā)現(xiàn)，S2/g是一個錯誤單位，不能真正反應(yīng)比阻的物理意義。因此在實際測定中，最好統(tǒng)一采用m/kg作為比阻的單位。比阻有一套專用的測定裝置，如圖1所示，主要包括布氏漏斗、過濾介質(zhì)、抽濾器、量筒、真空表和真空泵等部分。主要測定程序如下:
(1)準備好待測泥樣，泥樣量一般為50～200mL之間。該泥樣應(yīng)已測得其含固量。
(2)對于真空過濾，則在布式漏斗的金屬承托網(wǎng)上鋪一層濾紙，并用少許蒸餾水潤 濕。對于帶式壓濾脫水，則在金屬承托網(wǎng)上鋪一層脫水用濾布，也用蒸餾水潤濕。
(3)將50～200mL污泥樣均勻倒入漏斗內(nèi)的濾紙或濾布上，靜置一段時間，直至漏斗底部不再有濾液流出。該段時間一般約2min。
(4)開啟真空泵，至額定真空度(一般為380mmHg)時，開始記錄濾液體積，每隔15s記錄一次，直至漏斗污泥層出現(xiàn)裂縫，真空被破壞為止。在該過程中，應(yīng)不斷調(diào)節(jié)控制閥，使真空度保持恒定。
(5)從濾紙上取出部分泥樣，測其含固量Cμ；從量筒內(nèi)取部分濾液，測其含固量Ce，并測其溫度。
(6)將記錄的過濾時間t除以對應(yīng)的濾液體積V，得t/v值，以t/v為縱坐標，以V為橫坐標，可得圖2所示的曲線，該曲線的直線段部分的斜率即為b值(s/m6)。
(7)W值可用下式計算:
W= Cμ(C0-Ce)/(C0-Cμ) (2)
(8)A為濾紙或濾布的面積(m2)；P為真空產(chǎn)生的負壓N/m2。μ可近似取相應(yīng)溫度時水的粘度(N•S/m2)。將A、P、b、1h W值代人公式(2)，即得該泥樣的比阻。
【實例計算】某處理廠初沉污泥經(jīng)濃縮后，含固量為5.1%，經(jīng)比阻試驗后，濾紙上污泥的含固量為26.3%，濾液的含固量為0.52%，溫度為20℃。比阻測定中的真空負壓為380mmHg，濾紙的過濾面積為78.5cm2，t/v — V曲線上直線段斜率為0.025s/cm6。試計算該種污泥的比阻。
解:已有數(shù)據(jù)及單位換算為
A=78.5cm2=7.85×10-3m2
P=380mnHg=4.9×104N/m2
b=0.025s/cm6=2.5×1010S/m6
20℃時，取μ=1.029×l0-4kg•s/m2=1.029×10-3N•S/m2，C0=5.1%，Cμ=26.3%，Ce =0.52%。
將C0、Cμ、Ce代人式(2)，得
W=26.3%×(5.1%-0.52%)/(26.3%-5.1%)=5.68%≈56.8kg/m3
將A、P、b、μ、W值代人式(1)，得
R=2×4.9×104×7.85×10-3×7.85×10-3×2.5×1010/(56.8×1.029×10-3)
=2.58×1012m/kg
即該污泥樣品的比阻值為2.58×1012m/kg。
污泥的毛細吸水時間系指污泥中的毛細水在濾紙上滲透1cm距離所需要的時間，常用CST表示。有專用的CST測定裝置，如圖3所示，主要包括泥樣容器、吸水 濾紙和計時器三部分。A、B兩點的距離為1cm；當(dāng)污泥中的水分滲透至A點時，計時器開始計時，至B點時，計時器停止計時，測得的時間即為CST值。
R和CST是衡量污泥脫水性能的兩個不同的指標，各有優(yōu)缺點。一般來說，比阻能非常準確地反映出污泥的真空過濾脫水性能，因為比阻測定過程與真空過濾脫水過程是基本相近的。比阻也能較準確地反映出污泥的壓濾脫水性能，但不能準確地反映污泥的離心脫水性能，因為離心脫水過程與比阻測定過程相差甚遠。CST適用于所有的污泥脫水過程，但要求泥樣與待脫水污泥的含水率完全一致，因CST測定結(jié)果受污泥含水率的影響非常大。例如，同一污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，不管排泥濃度高低，其脫水性能 應(yīng)是相同的，其CST值也應(yīng)相等。但實測CST時，含水率越大，CST也越大。另外，比阻R測定過程較復(fù)雜，受人為因素干擾較大，測定結(jié)果的重現(xiàn)性較差；CST測定簡便， 測定速度快，測定結(jié)果也較穩(wěn)定，因此在實際運行控制中一般都采用CST作為污泥脫水性能指標。
2.不同污泥的脫水性能及其影響因素
不同種類的污泥，脫水性能相差很大，因而其R值和CST值相差甚遠。即使同一種污泥，不同處理廠測得的R和CST也相差較多(有時會相差幾倍)。
一般來說，初沉污泥的脫水性能較好；一些處理廠的初沉污泥，其比阻R會低至2.0×1013m/kg，此時污泥不經(jīng)過調(diào)質(zhì)，也可進行機械脫水。人流污水中工業(yè)廢水的成分會影響初沉污泥的脫水性能，但其影響有時增強有時削弱，具體取決于工業(yè)廢水的成分。鋼鐵或機械加工行業(yè)的廢水，會使初沉污泥的脫水性能增強；而食品釀造或皮革加工等行業(yè)的廢水會使初沉污泥的脫水性能降低。腐敗的污泥脫水性能會降低，因污泥顆粒變小，并產(chǎn)生氣體。
活性污泥的脫水性能一般都很差，其比阻常在10.0×1013m/kg，CST常在100s之上，不經(jīng)調(diào)質(zhì)，無法進行機械脫水。泥齡越長的污泥，脫水性能越差；SVI值越高的污泥，其脫水性能也越差。一般來說，發(fā)生膨脹的活性污泥，無法進行機械脫水，否則會耗用大量的化學(xué)藥劑進行調(diào)質(zhì)。
初沉污泥與活性污泥的混合污泥，其脫水性能取決于兩種污泥分別的脫水性能，以及每種污泥所占的比例。一般來說，活性污泥比例越大，混合污泥的脫水性能也越差。
消化污泥與消化前的生污泥相比，雖然污泥顆粒減小，但顆粒的有機分降低，比重增大，粘度減小，因而其脫水性能會略有提高。但已發(fā)現(xiàn)一些處理廠的污泥經(jīng)消化之后比阻增大，脫水性能惡化。其原因系由于消化采用機械攪拌，攪拌強度太大，將污泥絮體打碎。采用沼氣攪拌的消化池一般無此情況。
二、污泥的化學(xué)調(diào)質(zhì)
污泥的比阻R和毛細吸水時間CST越大，污泥的脫水性能越差。一般認為，只有當(dāng)污泥的比阻R小于4.O×1013m/kg或毛細吸水時間CST小于20s時，才適合進行機械脫水。除少量處理廠的初沉污泥以外，絕大部分處理廠的初沉污泥和所有污水處理工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥，其比阻均在4.0×1013m/kg之上，CST均在2Os之上。因此，初沉污泥、活性污泥或二者組成的混合污泥，經(jīng)濃縮或消化之后，均應(yīng)進行調(diào)質(zhì)，降低其R值或CST，再進行機械脫水。
1.混凝劑與絮凝劑的種類及其作用機理 污泥調(diào)質(zhì)所用的藥劑可分為兩大類，一類是無機混凝劑，另一類是有機絮凝劑。無機混凝劑包括鐵鹽和鋁鹽兩類金屬鹽類混凝劑以及聚合氧化鋁等無機高分子混凝劑。有機絮凝劑主要是聚丙烯酰胺等有機高分子物質(zhì)。絮凝劑一詞只是習(xí)慣叫法，嚴格來說也是混凝劑。另外，污泥調(diào)質(zhì)中還使用一類不起混凝作用的藥劑，稱為助凝劑。常用的助凝劑有石灰、硅藻土、木屑、粉煤灰、細爐渣等惰性物質(zhì)。助凝劑的作用是調(diào)節(jié)污泥的pH(如加石灰)，或提供形成較大絮體的骨料，改善污泥顆粒的結(jié)構(gòu)，從而增強混凝劑的混凝作用。
常用的鐵鹽昆凝劑是三氯化鐵。該種混凝劑適合的pH在6.8～8.4之間，因其水解過程中會產(chǎn)生H+，降低pH，因而一般需投加石灰作為助凝劑。三氯化鐵在對污泥的調(diào)質(zhì)中能生成大而重的絮體，使之易于脫水，因而使用較多。對于混合生污泥來說，三氯化鐵的加藥量一般為20～60%，要求相應(yīng)的石灰技加量一般為200～400%，消化污泥的石灰投加量一般為100～200%。使用三氯化鐵的一個較大缺點，是其對金屬管道或設(shè)備有較強烈的腐蝕，使之降低使用壽命。鋁鹽混凝劑一般采用硫酸鋁。該種混凝劑調(diào)質(zhì)效果不如三氯化鐵，且用量也較大，但由于無腐蝕性，且儲運方便，使用也較多。聚合氯化鋁作為一種高分子無機混凝劑，調(diào)質(zhì)效果好，投藥量少，雖價格偏高，但也有相當(dāng)程度的使用。
目前，人工合成有機高分子絮凝劑在污泥調(diào)質(zhì)中得到普遍使用，并基本上已取代了無機混凝劑。常用的有機高分子絮凝劑是聚丙烯酰胺(俗稱三號絮凝劑，PAM)，其聚合度n高達20000～90000，相應(yīng)的分子量高達到50～800萬，通常為非離子型高聚物，但通過水解可產(chǎn)生陰離子型，也可通過引入基團制成陽離子型。污泥調(diào)質(zhì)常采用陽離子型聚丙烯酰胺，其作用機理包括兩個方面:一是其分子上帶電的部位能中和污泥膠體顆粒所帶的負電荷，使之脫穩(wěn)；二是利用其高分子的長鏈條作用把許多細小污泥顆粒吸附并 纏結(jié)在一起，結(jié)成較大的顆粒。前一作用稱為壓縮雙電層，后一作用稱為吸附架橋。
按照離子密度的高低，陽離子聚丙烯酰胺又分成弱陽離子，中陽離子和強陽離子三種，實際中都采用較多。離子密度越高，其中和負電荷使污泥膠體顆粒脫穩(wěn)的作用越強，但高離子密度的PAM的分子量往往較小，吸附架橋能力較弱。因此以上三種PAM的污泥調(diào)質(zhì)效果一般相差不大。表1為三種PAM的陽離子密度、分子量以及對消化污泥進行調(diào)質(zhì)的加藥量范圍。
陽離子PAM的離子密度、分子量及調(diào)質(zhì)加藥量 表1
分類 相對離子密度(%) 分子量 調(diào)質(zhì)加藥量
弱陽離子PAM <10 4000000～8000000 0.25～5.0
中陽離子PAM 10～25 1000000～4000000 1.0～5.0
強陽離子PAM >25 500000～1000000 1.0～5.0
2.調(diào)質(zhì)藥劑的選擇
目前調(diào)質(zhì)效果最好的藥劑是陽離子聚丙烯酰胺，雖然其價格昂貴，但使用卻越來越普遍。但具體到某一處理廠來說，應(yīng)根據(jù)本廠的具體情況，在滿足要求的前提下，選擇綜合費用最低的藥劑種類。
采用鐵鹽或鋁鹽等無機混凝劑，一般能使污泥量增加15～30%，另外其肥效和熱值也都將大大降低。因此當(dāng)污泥消納場離處理廠距離較遠或污泥的最終處置方式為農(nóng)用或焚燒時，一般不適合采用無機混凝劑進行污泥調(diào)質(zhì)。但當(dāng)消納廠離處理廠很近，且處 置方式為衛(wèi)生填埋時，采用該類藥劑有可能使綜合費用降低。另外，使用該類藥劑還能在一定程度上降低脫水過程中產(chǎn)生的惡臭。富磷污泥脫水時，還能降低磷向濾液中的釋放量；當(dāng)采用石灰做助凝劑時，石灰還能起到一定的消毒效果。
采用聚丙烯酰胺進行調(diào)質(zhì)，將泥量基本不變，其肥效和熱值都不降低，因此當(dāng)污泥脫水后用作農(nóng)肥或焚燒時，最好采用該類藥劑。另外，陽離子型聚丙烯歐膠在調(diào)質(zhì)過程中，能與一些溶解性折光物質(zhì)生成沉淀，因而脫水濾液中污染物相對較少，呈透明狀。
調(diào)質(zhì)藥劑的選擇還與脫水機的種類有關(guān)系。一般來說，帶式壓濾脫水機可采用任何一種藥劑進行調(diào)質(zhì)污泥，而離心脫水機則必須采用高分子絮凝劑，其原因是離心機內(nèi)空間較小，對泥量要求很嚴格，如果采用無機藥劑，使泥量增加很多，將大大降低離心機的脫水能力。
很多處理廠為降低污泥調(diào)質(zhì)的綜合費用，進行了大量的探索。一個主要途徑就是采用了各種各樣的復(fù)合藥劑，即采用兩種或兩種以上的藥劑進行污泥調(diào)質(zhì)。主要有以下幾種組合方式:
(1)三氯化鐵與陰離子聚丙烯酰胺組合，先加三氯化鐵，再加后者。其原理是三氯化鐵的電中和作用可使污泥膠體顆粒脫穩(wěn)，再通過陰離子聚丙烯酰胺的吸附架橋作用， 形成較大的污泥絮體。二種藥劑的共同作用，使總的藥劑費用降低。
(2)三氯化鐵與弱陽離子聚丙烯釀膠組合，先加三氯化鐵，再加后者。其原理與組合(1)基本相同。
(3)聚合氯化鋁與弱陽離子聚丙烯酰胺組合。
(4)石灰與陰離子聚丙烯酰胺組合使用。
(5)聚合氯化鋁與三氯化鐵或硫酸鋁組合。
(6)陽離子聚丙烯酰胺與一些助凝劑，如粉煤灰、細爐渣、木屑等合用，可降低其用量；國外一些處理廠嘗試在陽離子聚丙烯骯膠加入污泥之間，先加入少量高錳酸鉀， 可使耗藥量降低25～30%，同時還具有降低惡臭的作用。
(7)陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺共用。
許多污水處理廠的運行經(jīng)驗表明，藥劑組合使用，往往比單獨使用一種的調(diào)質(zhì)效果要好，綜合費用會降低，但具體采用哪種組合方式，則因廠而異，處理廠可結(jié)合本廠特點，選擇出本廠的最佳組合方式。可用燒杯攪拌試驗初步選擇調(diào)質(zhì)藥劑，程序如下:
(1)取幾個1L的燒杯洗凈待用。
(2)向每個燒杯中加入600mL的待脫水泥樣。
(3)向每個泥樣中加入不同種類的調(diào)質(zhì)藥劑，投加量可按照每種藥劑的使用說明，或參照其它處理廠的投加量確定。
(4)向每個泥樣中放入相同的攪拌器進行攪拌，攪拌速度為75rpm，攪拌時間控制在3Os，然后停止攪拌，并取出攪拌器。
(5)觀測污泥絮體形成情況及其沉降情況，對絮體較大、沉降較快的泥樣，對應(yīng)的調(diào)質(zhì)藥劑為最佳選擇。
通過以上程序初步選擇的藥劑，還需用比阻或毛細吸水時間進一步確認并確定最佳投藥量，詳見后述。
3.最佳投藥量的確定
投藥量與污泥本身的性質(zhì)、環(huán)境因素以及脫水設(shè)備的種類有關(guān)系。要綜合以上因素，找到既滿足要求又降低加藥費用的最佳投藥量，一般必須進行投藥量的試驗。程序如下:
(1)按照所選藥劑的使用說明或相近處理廠的運行經(jīng)驗，確定一個大致的投藥量范圍。例如，當(dāng)采用帶式壓濾脫水機對初沉生污泥進行脫水時，如采用PAM調(diào)質(zhì)，投藥量可選擇在1～5.0‰的范圍內(nèi)。
(2)在所選擇的投藥量范圍內(nèi)，確定幾個投藥量。例如在1.0～5.0‰的范圍內(nèi)，可確定1.0‰、2.0‰、3.0‰、4.0‰、5.0‰五個投藥量。
(3)取幾個泥樣，每個泥樣的體積可在50～200mL之間。按照泥樣的量、泥樣的含固量、絮凝劑溶液的濃度及所確定的投藥量、計算出應(yīng)向每個泥樣中投加的絮凝劑溶液量。
(4)測定每一投藥量所對應(yīng)的泥樣的比阻或CST。采用帶式壓濾脫水或真空過濾脫水時，采用R或CST皆可，但最好采用R；采用離心脫水時，最好采用CST。應(yīng)注意，絮凝劑溶液不能向幾個泥樣同時投加，應(yīng)測定一個，投加一個。
(5)繪制泥樣的比阻或CST值與對應(yīng)的投藥量之間的變化曲線。如圖4所示，曲線上的最低點對應(yīng)的投藥量即為最佳投藥量。
不管污泥原來的比阻或CST多高，經(jīng)加藥調(diào)質(zhì)以后，均應(yīng)將R降為4.0×1013m/kg以下，否則，投藥范圍選擇不合理或藥劑選擇不合理，應(yīng)予以重新選擇或確定。
真空過濾采用三氯化鐵和石灰進行調(diào)質(zhì)的加藥量范圍見表2，帶式壓濾脫水的加藥量范圍見表3。
各種污泥采用真空過濾脫水時，F(xiàn)eCl3和石灰的加藥量 表2
種類 生污泥 消化污泥
初沉污泥 剩余污泥 初沉＋剩余 初沉污泥 初沉＋剩余
FeCl3(%) 2～4 6～10 2～8 3～5 3～6
CaO(%) 8～10 0～16 9～12 10～13 15～21
生污泥采用帶式壓濾機脫水時，F(xiàn)eCl3和石灰的加藥量 表3
種類 初沉生污泥 剩余活性生污泥
FeCl3(%) ４～6 7～10
CaO(%) 1～14 20～25
真空過濾脫水采用陽離子聚丙烯酰胺進行調(diào)質(zhì)的加藥量范圍見表4，帶式濾脫水和離心脫水采用陽離子聚丙烯酰胺進行調(diào)質(zhì)的加藥量范圍分別見表5和6。表中括號內(nèi)數(shù)值為典型值。
各種污泥采用真空過濾脫水時PAM的投加量 表4
污泥 生污泥 厭氧污泥
種類 初沉污泥 活性污泥 初沉＋活性 初沉污泥 初沉＋活性
PAM(%) 0.025～0.05
(0.6) 0.4～0.75
(0.35) 0.1～1.0
(0.35) 0.075～0.2
(0.075) 0.25～0.6
(0.35)
各種污泥采用帶式壓濾機脫水時PAM的投加量 表5
污泥 生污泥 厭氧消化污泥 好氧消化污泥
種類 初沉污泥 活性污泥 初沉＋活性 初沉污泥 初沉＋活性 初沉＋活性
PAM(%) 0.1～0.45
(0.25) 0.1～1.0
(0.5) 0.1～1.0
(0.35) 0.1～0.5
(0.15) 0.15～0.75
(0.3) 0.2～0.75
(0.5)
各種污泥采用離心(臥螺式)脫水時PAM的投加量 表6
污泥 生污泥 厭氧消化污泥
種類 初沉污泥 活性污泥 初沉＋活性 初沉污泥 初沉＋活性
PAM(%) 0.1～0.35
(0.2) 0.2～0.75
(0.4) 0.2～0.5
(0.3) 0.3～0.5
(0.3) 0.35～0.75
(0.4)
投藥量除與污泥本身性質(zhì)和脫水方式有關(guān)外，還與污泥溫度有關(guān)系。溫度越高，投藥量越小；反之，溫度越低,投藥量越多。一般來說,在保證同樣調(diào)質(zhì)效果的前提下，夏季比冬季減少10～20%的投藥量。
上述所謂的投藥量，實際上系指污泥中單位重量的干固體所需投加的絮凝劑干重量，因而準確地應(yīng)稱之為干污泥投藥量，用fm表示。實際中，常采用kg/Mg為fm的單位，即每噸干污泥所需投加藥量的千克數(shù)，這是一個千分比(‰)的概念。前述幾個加藥量表中，為便于直觀比較，采用了百分比的概念。實際運行中，應(yīng)根據(jù)泥質(zhì)的變化情況，通過比阻或CST試驗，定期確定或調(diào)整fm值。利用fm可較準確地計算出每天每班實際要投加的藥量。計算如下:
M=Qs•C0•fm (3)
式中，fm為干污泥投藥量(kg/Mg)；C0為待脫水污泥的濃度(kg/m3)；Qs為污泥量(m3/d)；M為每天加藥量(kg/d)。
【實例計算】某廠采用帶式壓濾脫水，采用陽離子聚丙烯酰胺進行污泥調(diào)質(zhì)。試驗確定干污泥投藥量為3.5kg/Mg，待脫水污泥的含固量為4.5%。試計算每天污泥量為 1800m3/d時所需投加的總藥量。
【解】已有數(shù)據(jù)及單位換算如下:
Qs=1800m3/d，C0=4.5%=45kg/m3
fm=3.5kg/t=3.5kg/1000kg•DS
將Qs，C0，fm代入式(3)，得
M=1800×45×3.5/1000=284kg
即該廠每天污泥調(diào)質(zhì)所投加的陽離子型聚丙烯酰胺量為284kg。
4.投藥系統(tǒng)及操作
投藥有干投和濕投兩種方法，污泥調(diào)質(zhì)投藥常采用濕投法。投加系統(tǒng)一般包括干粉投加及破碎裝置、溶藥混合裝置、貯藥池、計量泵和混合器等部分，如圖5所示。
PAM通常應(yīng)存貯在低溫干燥的環(huán)境中，因PAM遇熱或潮濕易結(jié)餅失效。干粉加入溶藥池后，至少應(yīng)持續(xù)低速攪拌30min以上，以保證PAM充分溶解。沒有充分溶解的PAM呈粘糊狀，會堵塞計量泵、管道及脫水機的濾布。可用一種簡單的方法檢驗藥劑是否充分溶解。取配制好的少量藥液滴到一塊玻璃片上，觀察其是否平穩(wěn)流動。如果流動不均勻，說明溶解不充分，應(yīng)繼續(xù)攪拌。溶液池的溫度應(yīng)控制在10℃以上，否則很難充分溶解。配制好的絮凝劑溶液在24h內(nèi)一般不會失效，因此運行中可一次性配好一天的用藥量。配制的PAM溶液濃度越低，調(diào)質(zhì)效果越好，因低濃度時易溶解，且大分子鏈能充分伸展開來，充分發(fā)揮吸時架橋作用，但太低了會增大脫水機入流量，影響脫水能力。實際運行中，一般將PAM配制成濃度為0.1～1.0%的溶液。如有可能，可再低一些，但配制濃度一定不能過高。
投藥點與調(diào)質(zhì)的效果也有較大的關(guān)系。投藥點離脫水機既不能太遠，也不能太近。太近，PAM與污泥混合不充分降低了調(diào)質(zhì)效果；太遠，會導(dǎo)致過度混合，同樣也降低調(diào)質(zhì)效果。PAM的吸附作用是不可逆的，吸附了大量的污泥顆粒的PAM分子鏈，如果被打碎就不能再恢復(fù)到原來的長度。所謂過度混合就是PAM分子鏈完成對污泥顆粒的吸附架橋后，繼續(xù)攪拌將分子鏈打斷或打碎，導(dǎo)致調(diào)質(zhì)效果下降，并進而降低脫水效果。技藥點離脫水機太遠時，常導(dǎo)致過度混合。當(dāng)采用離心機脫水時，投藥點往往直接設(shè)在脫水機上。當(dāng)采用帶式壓濾機時，投藥點一般設(shè)在進泥管線上。在脫水機進泥管線上最好多設(shè)幾個投藥點，以便調(diào)節(jié)靈活，如圖5所示。1號投藥點可設(shè)在離脫水機6～9m的范圍內(nèi)。2號投藥點設(shè)在離脫水機1～1.5m的范圍內(nèi)，3號投藥點則緊靠脫水機。
在運行中，計量加藥泵每周至少應(yīng)校正并維護一次，以保證加藥的準確。投藥不足或太多，都將降低調(diào)質(zhì)與脫水效果。帶式壓濾脫水機對加藥的準確性要求尤其嚴格，因為當(dāng)加藥不足時，重力區(qū)脫去的自由水量將減少，使污泥溢出，并能在擠壓區(qū)被擠出濾布。另外，加藥不足的活性污泥極易堵塞濾布，增大沖洗量。當(dāng)加藥過量時，泥餅會粘在濾布上剝離不下來，造成運轉(zhuǎn)麻煩。另外，加藥過量的污泥不易在濾布上攤鋪均勻， 導(dǎo)致泥餅質(zhì)量下降。
三、脫水效果的評價指標
有兩個主要指標衡量脫水效果的好壞:一個是泥餅含固量Cμ，另一個是固體回收率η。
泥餅是一個廣義詞，實際上只有壓濾脫水后的污泥才呈餅狀，離心脫水后的污泥不是餅狀。實際中所有方式脫水后的污泥均稱之為“泥餅”。泥餅含固量的高低是評價脫水效果好壞的最重要指標，含固量越高，污泥體積越小，運輸和處置越方便。
固體回收率是泥餅中的固體量占脫水污泥中總干固體量的百分比，用可表示。可越高，說明污泥脫水后轉(zhuǎn)移到泥餅中的干固體越多，隨濾液流失的干固體越少，脫水率越高。η可用下式計算:
η=Cμ(C0-Ce)／[C0(Cμ-Ce)] (4)
式中，Cμ為泥餅的含固量(%)；Ce為濾液中的含固量(%)；C0為脫水機進泥的含固量(%)。
【實例計算】某廠消化污泥的含固量為5%，經(jīng)脫水之后，實測泥餅的含固量為25%，脫水濾液的含固量為0.5%。試計算該脫水系統(tǒng)的固體回收率。
【解】已有數(shù)據(jù)為C0=5%、Cμ=25%、Ce=0.5%。
將C0、Cμ、Ce代人式(4)，得
η=25%(5%-0.5%)/[5%(25%-0.5%)]=91.8%
即該脫水系統(tǒng)的固體回收率為91.8%。
需用泥餅含固量和固體回收率兩個指標同時評價脫水效果的好壞。只獲得較高的泥餅含固量，而固體回收率很低，或者固體回收率很高，但泥餅含固量很低，都說明脫水效果不佳，應(yīng)分析其原因。一般來說，正常運行的污泥脫水系統(tǒng)，泥餅含固量應(yīng)在20%以上，固體回收率應(yīng)在85%以上。脫水效果較好時，泥餅含固量可達25%左右，固體回收率可超過95%。雖然泥餅的含固量越高越好，但在很多情況下并不需要太高。例如，當(dāng)污泥消納場離處理廠很近或在處理廠附近作農(nóng)肥，或就近衛(wèi)生填埋時，并不需要太高的含固量。此時，只要含固量大于20%，污泥由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)即可，因為較高的含固量意味著需消耗較多絮凝劑，并且常以降低固體回收率為代價。固體回收率越高越好。較低的回收率意味著有較多的固體又重新回到污水處理系統(tǒng)，增加了污水處理系統(tǒng)的負荷。
除以上兩個評價指標，脫水機的脫水能力也是一個衡量脫水效果的指標。如果某脫水系統(tǒng)泥餅含固量和固體回收率都很高，但脫水能力較低，入流污泥量不能太大，恐怕也不能認為脫水效果較好。另外，滿足以上脫水要求的前提下，如何降低加藥量，如何減少脫水機的維護工作量等方面，也是評價脫水效果好壞的一些重要方面。
四、帶式壓濾脫水機
1.工作原理及構(gòu)造 帶式壓濾脫水機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串按規(guī)律排列的轆 壓筒中呈S形彎曲經(jīng)過，靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨力和剪切力，把污泥層中的毛細水?dāng)D壓出來，獲得含固量較高的泥餅，從而實現(xiàn)污泥脫水，如圖6所示。帶式壓濾脫水機有很多形式，但一般都分成以下四個工作區(qū):
重力脫水區(qū):在該區(qū)內(nèi)，濾帶水平行走。污泥經(jīng)調(diào)質(zhì)之后，部分毛細水轉(zhuǎn)化成了游離水，這部分水分在該區(qū)內(nèi)借自身重力穿過濾帶，從污泥中分離出來。一般來說，重力脫水區(qū)可脫去污泥中50～70%的水分，使含固量增加7～10%。例如，脫水機進泥含固量為5%，經(jīng)重力脫水區(qū)之后、含固量可升至12～15%。
模形脫水區(qū):模形區(qū)是一個三角形的空間，濾帶在該區(qū)內(nèi)逐漸靠攏，污泥在兩條濾帶之間逐步開始受到擠壓。在該段內(nèi)，污泥的含固量進一步提高，并由半固態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變，為進入壓力脫水區(qū)作準備。
低壓脫水區(qū):污泥經(jīng)模形區(qū)后，被夾在兩條濾帶之間繞棍壓筒作S形上下移動。施加到泥層上的壓榨力取決于濾帶張力和轆壓筒直徑。在張力一定時，轆壓簡直徑越大，壓榨力越小。脫水機前邊三個轆壓簡直徑較大，一般在5Ocm之上，施加到泥層上的壓力較小，因此稱為低壓區(qū)。污泥經(jīng)低壓區(qū)之后，含固量會進一步提高，但低壓區(qū)的作用主要是使污泥成餅，強度增大，為接受高壓作準備。
高壓脫水區(qū):經(jīng)低壓區(qū)之后的污泥，進入高壓區(qū)之后，受到的壓榨力逐漸增大，其原因是轆壓筒的直徑越來越小。至高壓區(qū)的最后一個銀壓筒，直徑往往降至25cm以下，壓榨力增至最大。污泥經(jīng)高壓區(qū)之后，含固量進一步提高，一般大于20%，正常情況下在25%左右。
各種形式的帶式壓濾機一般都由濾帶、轆壓筒、濾帶張緊系統(tǒng)、濾帶調(diào)偏系統(tǒng)、濾帶沖洗系統(tǒng)和濾帶驅(qū)動系統(tǒng)組成。
濾帶，也稱為濾布，一般用單絲聚醋纖維材質(zhì)編織而成，這種材質(zhì)具有抗拉強度大、耐曲折、耐酸堿、耐溫度變化等特點。濾帶常編織成多種紋理結(jié)構(gòu)，如圖7所示。不同的紋理結(jié)構(gòu)，其透氣性能和對污泥顆粒的攔截性能不同，應(yīng)根據(jù)污泥性質(zhì)選擇合適的濾帶。一般來說，活性污泥脫水時，應(yīng)選擇透氣性能和攔截性能較好的濾帶；而初沉污泥脫水時，對濾帶的性能要求可較低一些。有的濾帶沒有接頭，但大部分有接頭。無接頭的濾帶壽命可能長一些，因為濾帶往往首先從接頭處損壞，但該種濾帶安裝不方便。
脫水機一般設(shè)5～7轆壓筒，國外一些新型機設(shè)8個。這些轆壓筒的直徑沿污泥走向由大到小，由90cm到2Ocm不等。濾帶張緊系統(tǒng)的主要作用是調(diào)節(jié)控制濾帶的張力，即調(diào)整濾帶的松緊，以達到調(diào)節(jié)施加到泥層上的壓榨力和剪切力，這是運行中的一種重要工藝控制手段。濾帶調(diào)偏系統(tǒng)的作用是時刻調(diào)整濾帶的行走方向，保證運行正常。濾帶沖洗系統(tǒng)的作用是將擠人濾帶的污泥沖洗掉，以保證其正常的過濾性能。一般定期用高壓水反方向沖洗。
2.工藝控制
不同種類的污泥要求不同的工作狀態(tài)，即使同一種污泥，其泥質(zhì)也因前級工藝運行 狀態(tài)的變化而改變。實際運行中，應(yīng)根據(jù)進泥泥質(zhì)的變化，隨時調(diào)整脫水機的工作狀態(tài)，主要包括帶速的調(diào)節(jié)、帶張力的調(diào)節(jié)以及調(diào)質(zhì)效果的控制。
(1)帶速的控制
濾帶的行走速度控制著污泥在每一工作區(qū)的脫水時間，對出泥泥餅的含固量、泥餅厚度及泥餅剝離的難易程度都有影響。帶速越低，泥餅含固量越高，泥餅越厚，越易從濾帶上剝離；反之，帶速越高，泥餅含固量越低，泥餅越薄，越不易剝離。因此，從泥餅質(zhì)量看，帶速越低越好，但帶速的高低直接影響到脫水機的處理能力，帶速越低，其處理能力越小。對于某一種特定的污泥來說，存在最佳帶速控制范圍，在該范圍內(nèi)，脫水機既能保證一定的處理能力，又能得到高質(zhì)量的泥餅，固體回收率也較高。對于初沉污泥和活性污泥組成的混合污泥來說，帶速一般應(yīng)控制在2～5m/min。進泥量較高時，取高帶速，反之取低帶速。活性污泥一般不宜單獨進行帶式壓濾脫水，否則帶速須控制在1.0m/min以下，處理能力很低，極不經(jīng)濟。
不管進泥量多少，帶速一般不要超過5m/min。因為帶速太高時，會大大縮短重力脫水時間，使在模形區(qū)的污泥不能滿足擠壓要求，進入低壓區(qū)或高壓區(qū)后，污泥將被擠壓溢出濾帶，造成跑料。
(2)濾帶張力的控制
很明顯，濾帶張力會影響泥餅的含固量，因為施加到污泥層上的壓力和剪切力直接決定于濾帶的張力。濾帶張力越大，泥餅含固量越高。對于城市污水混合污泥來說，一般將張力控制在0.3～0.7MPa，常在0.5MPa。當(dāng)張力太大時，會將污泥在低壓區(qū)或高壓區(qū)擠壓出濾帶，導(dǎo)致跑料，或壓進濾帶造成堵塞。
大部分情況下，上下濾帶的張力相等。但適當(dāng)調(diào)整上下濾帶的張力，使下濾帶的張力略低于上濾帶，有時會明顯提高污泥的成餅率。
(3)調(diào)質(zhì)的控制
污泥調(diào)質(zhì)效果，直接影響脫水效果。帶式壓濾脫水機對調(diào)質(zhì)的依賴性更強。如果加藥量不足，調(diào)質(zhì)效果不佳時，污泥中的毛細水不能轉(zhuǎn)化成游離水在重力區(qū)被脫去，因而由模形區(qū)進入低壓區(qū)的污泥仍呈流動性，無法擠壓。反之，如果加藥量太大，一是增大處理成本，更重要的是由于污泥粘性增大，極易造成濾帶被堵塞。對于城市污水混合污泥，采用陽離子PAM時，干污泥投藥量一般為1～1Okg/t，具體可由試驗確定，或在運行中反復(fù)調(diào)整。
由于帶式壓濾脫水機無法進行完全封閉，常產(chǎn)生惡臭。在污泥調(diào)質(zhì)加藥時，加入適量的高錳酸鉀或三氯化鐵，可大大降低惡臭程度。另外，適當(dāng)加入一些陰離子或非離子PAM，可明顯使泥餅從濾帶上易于剝離。
(4)處理能力的確定
帶式壓濾脫水機的處理能力有兩個指標:一個是進泥量，另一個是進泥固體負荷。
進泥量系指每米帶寬在單位時間內(nèi)所能處理的濕污泥量[m3/(m•h)]常用q表示。進泥固體負荷系指每米帶寬在單位時間內(nèi)所能處理的總干污泥量[kg(m•h)]， 常用qs表示。很明顯，q和qs取決于脫水機的帶速和濾帶張力以及污泥的調(diào)質(zhì)效果，而帶速、張力和調(diào)質(zhì)又取決于所要求的脫水效果，即泥餅含固量和固體回收率。因此，在污泥性質(zhì)和脫水效果一定時，q和qs也是一定的，如果進泥量太大或固體負荷太高，將降低脫水效果。一般來說，q可達到4～7m3/(m•h)，qs可達到150～250kg/(m•h)。 不同規(guī)格的脫水機，帶寬也不同，但一般不超過3m，否則，污泥不容易攤布均勻。q和qs乘以脫水機的帶寬，即為該脫水機的實際允許進泥量和進泥固體負荷；運行中，運行人員應(yīng)根據(jù)本廠泥質(zhì)和脫水效果的要求，通過反復(fù)調(diào)整帶速、張力和加藥量等參數(shù)，得到本廠的q和qs，以方便運行管理。表7為各種污泥進行帶式壓濾脫水的性能數(shù)據(jù)，供運行調(diào)試中參考。
各種污泥進行帶式壓濾脫水的性能數(shù)據(jù) 表7
污泥種類 進泥含固量 進泥固體負荷 PAM加藥量 泥餅含固量
(%) [kg/(m•h)] (kg/t) (%)
生污泥 初沉污泥 3～10 360～680 1～5 28～44
活性污泥 0.5～4 45～230 1～10 20～35
混合污泥 3～6 180～590 1～10 20～35
厭氧消化污泥 初沉污泥 3～10 360～590 1～5 25～36
活性污泥 3～4 40～135 2～10 12～22
混合污泥 3～9 180～680 2～8 18～44
好氧污泥 混合污泥 1～3 90～230 2～8 12～20
3.日常維護管理
帶式壓濾脫水機的日常維護主要包括以下內(nèi)容:
(1)注意時常觀測濾帶的損壞情況，并及時更換新濾帶。濾帶的使用壽命一般在3000～10000h之間，如果濾帶過早被損壞，應(yīng)分析原因。濾帶的損壞常表現(xiàn)為撕裂、腐蝕或老化。以下情況會導(dǎo)致濾帶被損壞，應(yīng)予以排除:濾帶的材質(zhì)或尺寸不合理；濾帶的接縫不合理；轆壓筒不整齊，張力不均勻，糾偏系統(tǒng)不靈敏。
由于沖洗水不均勻，污泥分布不均勻，使濾帶受力不均勻。
(2)每天應(yīng)保證足夠的濾布沖洗時間。脫水機停止工作后，必須立即沖洗濾帶，不能過后沖洗。一般來說，處理1000kg的干污泥約需沖洗水15～20m3，在沖洗期間，每米濾帶的沖洗水量需10m3/h左右，每天應(yīng)保證6h以上的沖洗時間，沖洗水壓力一般應(yīng)不低于586kPa。另外，還應(yīng)定期對脫水機周身及內(nèi)部進行徹底清洗，以保證清潔，降低惡臭。
(3)按照脫水機的要求，定期進行機械檢修維護，例如按時加潤滑油、及時更換易損件等等。
(4)脫水機房內(nèi)的惡臭氣體，除影響身體健康外，還腐蝕設(shè)備，因此脫水機易腐蝕部分應(yīng)定期進行防腐處理。加強室內(nèi)通風(fēng)，增大換氣次數(shù)，也能有效地降低腐蝕程度，如有條件，應(yīng)對惡臭氣體封閉收集，并進行處理。
(5)應(yīng)定期分析濾液的水質(zhì)。有時通過濾液水質(zhì)的變化，能判斷出脫水效果是否降低。正常情況下，濾液水質(zhì)應(yīng)在以下范圍:
SS =200～1000mg/L
BOD5=200～800mg/L
如果水質(zhì)惡化，則說明脫水效果降低，應(yīng)分析原因。
當(dāng)脫水效果不佳時，濾液SS會達到數(shù)千毫克升。
沖洗水的水質(zhì)一般在以下范圍:
SS=1000～200Omg/L
BOD5=100～500mg/L
如果水質(zhì)太臟，說明沖洗次數(shù)和沖洗歷時不夠；如果水質(zhì)高于上述范圍，則說明沖洗水量過大，沖洗過頻。
4.異常問題的分析及排除
現(xiàn)象一:泥餅含固量下降。
其原因及解決對策如下:
(1)調(diào)質(zhì)效果不好。一般是由于加藥量不足。當(dāng)進泥泥質(zhì)發(fā)生變化，脫水性能下降時，應(yīng)重新試驗，確定出合適的干污泥投藥量。有時是由于配藥濃度不合適，配藥濃度過高，絮凝劑不易充分溶解，雖然藥量足夠，但調(diào)質(zhì)效果不好。也有時是由于加藥點位置不合理，導(dǎo)致絮凝時間太長或太短。以上情況均應(yīng)進行試驗并予以調(diào)整。
(2)帶速太大。帶速太大，泥餅變薄，導(dǎo)致含固量下降，應(yīng)及時地降低帶速。一般應(yīng)保證泥餅厚度為5～1Omm。
(3)濾帶張力太小。此時不能保證足夠的壓榨力和剪切力，使含固量降低。應(yīng)適當(dāng)增大張力。
(4)濾帶堵塞。濾帶堵塞后，不能將水分濾出，使含固量降低，應(yīng)停止運行，沖洗濾帶。
現(xiàn)象二:固體回收率降低。
其原因及控制對策如下:
(1)帶速太大，導(dǎo)致擠壓區(qū)跑料，應(yīng)適當(dāng)降低帶速。
(2)張力太大，導(dǎo)致擠壓區(qū)跑料，并使部分污泥壓過濾帶，隨濾液流失，應(yīng)減小張力。
現(xiàn)象三:濾帶打滑。
其原因及控制對策如下:
(1)進泥超負荷，應(yīng)降低進泥量。
(2)濾帶張力太小，應(yīng)增加張力。
(3)轆壓筒損壞，應(yīng)及時修復(fù)或更換。
現(xiàn)象四:濾帶時常跑偏。
其原因及控制對策如下:
(1)進泥不均勻，在濾帶上攤布不均勻。應(yīng)調(diào)整進泥口或更換平泥裝置。
(2)轆壓筒局部損壞或過度磨損，應(yīng)予以檢查更換。
(3)轆壓筒之間相對位置不平衡，應(yīng)檢查調(diào)整。
(4)糾偏裝置不靈敏。應(yīng)檢查修復(fù)。
現(xiàn)象五:濾帶堵塞嚴重。
其原因及控制對策如下:
(1)每次沖洗不徹底，應(yīng)增加沖洗時間或沖洗水壓力。
(2)濾帶張力太大，應(yīng)適當(dāng)減小張力。
(3)加藥過量。 PAM加藥過量，粘度增加，常堵塞濾布，另外，未充分溶解的PAM，也易堵塞濾帶。
(4)進泥中含砂量太大，也易堵塞濾布，應(yīng)加強污水預(yù)處理系統(tǒng)的運行控制。
5.分析測量與記錄
每班應(yīng)監(jiān)測分析以下指標:進泥的流量及含固量；泥餅的產(chǎn)量及含固量；濾液的流量及水質(zhì)(SS、BOD5、TN、TP可每天一次)；絮凝劑的投加量；沖洗水水量及沖洗后水質(zhì)，沖洗次數(shù)和每次沖洗歷時。
每班應(yīng)計算或測量以下指標:濾帶張力、帶速；固體回收率；干污泥投藥量；進泥固體負荷。
五、離心脫水機
離心機用于污泥濃縮及脫水已有幾十年的歷史，經(jīng)過幾次更新?lián)Q代，目前普遍采用的是臥螺離心機。這種離心機有很多英交名字，例如Solid -bowl Centrifuge、Conveyor Centrifuge、Scroll Centrfuge、Decanter Centrifuge等，相應(yīng)的中文名字有轉(zhuǎn)筒式離心機，固—碗式離心機、臥螺式離心機、渦轉(zhuǎn)式離心機、螺旋輸送式離心機等。以下介紹中統(tǒng)一簡稱為離心脫水機。
1.工作原理及構(gòu)造
離心脫水機主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器組成，如圖8所示。污泥由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩人轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。污泥顆粒由于比重較大，離心力也大，因此被甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層(因為環(huán)狀，稱為固環(huán)層)；水分由于密度較小，離心力小，因此只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層， 稱為液環(huán)層。固環(huán)層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉(zhuǎn)鼓的錐端，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓 周圍的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則由堰口連續(xù)“溢流”排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液， 然后匯集起來，靠重力排出脫水機外。進泥方向與污泥固體的輸送方向一致，即進泥口和出泥口分別在轉(zhuǎn)鼓的兩端時，它稱為順流式離心脫水機，如圖8所示；當(dāng)進 泥方向與污泥固體的輸送方向相反，即進泥口和排泥口在轉(zhuǎn)鼓的同一端時，它稱為逆流式離心脫水機，如圖9所示。
轉(zhuǎn)鼓是離心機的關(guān)鍵部件。轉(zhuǎn)鼓的直徑越大，離心機處理能力也越大。轉(zhuǎn)鼓的長度一般為直徑的2.5～3.5倍，越長，污泥在機內(nèi)停留的時間也越長，分離效果也越好。 目前，最大的離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑為183cm，長度為427cm，每小時處理污泥135m3，每天高達3300m3。但離心機太大時，制造費用和處理成本都不經(jīng)濟。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速是一個重要的機械因素，也是一個重要的工藝控制參數(shù)。轉(zhuǎn)速的高低取決于轉(zhuǎn)鼓的直徑，要保證一定的離心分離效果，直徑越小，要求的轉(zhuǎn)速越高；反之，直徑越大，要求的轉(zhuǎn)速也越低。離心分離效果與離心機的分離因數(shù)有關(guān)。分離因數(shù)是顆粒在離心機內(nèi)受到的離心力與其本身重力的比值，用下式計算:
α＝n2•D/1800 (5)
式中，α為分離因數(shù)；n為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速(r/min)；D為轉(zhuǎn)鼓的直徑(m)。
不同的離心機，其分離因數(shù)的調(diào)節(jié)范圍不同。α在1500以下的稱為低速離心機，或低重力離心機(Loww-G)；α在1500以上的稱為高速離心機，或高重力離心機(High-G)。這兩種離心機在污泥濃縮和脫水中都有采用，但絕大部分處理廠均采用低速離心機。高速離心機因為雖然可獲得98%以上的高固體固收率，但能耗很高，并需較多的維護管理。而低速離心機的固體回收率一般也能在90%以上，但能耗要低很多。
空心轉(zhuǎn)軸螺旋輸送器，既投配污泥，又起使污泥產(chǎn)生離心力的作用，同時還負責(zé)將固環(huán)層的污泥輸離液環(huán)層，實現(xiàn)泥水分離。螺旋在轉(zhuǎn)鼓的錐角處，直徑開始變小，將污泥“撈出”液環(huán)層。錐角一般在8～12°之間。螺旋的外邊緣極易被轉(zhuǎn)鼓磨損，磨損嚴重時，會降低脫水效果。一些新型脫水機螺旋外緣做成裝配塊，磨損以后，可很方便地更換。螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓的相同，但轉(zhuǎn)速略高于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，二者速度之差，即為污泥被輸出的速度，決定著污泥在機內(nèi)停留時間的長短，因而是一個重要的工藝控制參數(shù)。 另外，可用溢流調(diào)節(jié)堰調(diào)整液環(huán)層的厚度，這也是一個重要的工藝調(diào)節(jié)參數(shù)。通過液環(huán)層厚度的調(diào)整，可以改變在岸區(qū)的停留時間。所謂岸區(qū)，系指污泥離開液環(huán)層至排出口的距離，為轉(zhuǎn)鼓錐體的一部分。
順流式離心機和逆流式離心機各有優(yōu)缺點。逆流式由于污泥中途改變方向，對轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流態(tài)產(chǎn)生水力擾動，因而在同樣條件下，泥餅含固量較順流式略低，分離液的含固量略高，總體脫水效果略低于順流式。但逆流式的磨損程度低于順流式，因為順流式轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間通過介質(zhì)全程存在磨損，而逆流式只在部分長度上產(chǎn)磨損。一些產(chǎn)品在逆流離心機的進泥口處做了一些改造，從而能降低了污泥改變方向產(chǎn)生的擾動程度。目前，順逆流兩種離心機都采用較多，但順流式略多于逆流式。國產(chǎn)污泥脫水用離心機種類很少，基本上都為順流式。
2.工藝控制
在實際運行中，污泥的泥質(zhì)和泥量會發(fā)生變化，為保證脫水效果不變，應(yīng)隨時調(diào)整離心機的工作狀態(tài)，主要包括分離因數(shù)的控制、轉(zhuǎn)速差的控制、液環(huán)層厚度的控制、調(diào)質(zhì)效果的控制和進泥量的控制。
(1)分離因數(shù)的控制
離心機轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速一般能在較大范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以控制離心機分離因數(shù)，使之適應(yīng)不同泥質(zhì)的要求。一般來說，污泥顆粒越大，密度越大，需要較低的分離因數(shù)，反之則需要較高的分離因數(shù)。初沉污泥一般只需較小的α值，即能獲得較好的脫水效果。消化污泥顆粒雖然變小，但由于其密度增大，所需要的α值與初沉污泥的基本相當(dāng)。活性污泥的密度小，污泥顆粒的尺寸也小，要獲得較高的脫水效果，則需要較大的α值。活性污泥的SVI值越高，所需的α值也越大。泥齡越長的污泥，所需要的α值越大。處于膨張狀態(tài)的活性污泥，一般需要高速離心機才能進行脫水。混合污泥要求的α值取決于活性污泥所占的比例，活性污泥比例越高，所需α值越大。當(dāng)進泥泥質(zhì)不變時，增大α值，可提高脫水的固體回收率，提高分離液的清澈度。α值增大，能耗也隨之上升，因而除非需要高固體回收率，否則不需太高的α值。城市污水混合污泥 的α值一般在800～1200之間，具體可通過離心模擬試驗或直接對離心機進行調(diào)試得出，也可參考相近廠的數(shù)值。由α值可計算出轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速:
(6)
式中，n為轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速(r/min)；α為分離因數(shù)；D為轉(zhuǎn)鼓的直徑(m)。
【實例計算】某處理廠混合污泥進行離心脫水，要求分離因數(shù)控制在l200，離心機轉(zhuǎn)鼓的直徑為0.40m。試計算并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速。
【解】已知α=1200，D=0.4m，將α和D帶入式(6)，得
即應(yīng)將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)至2323r/min。
(2)液環(huán)層厚度的控制
當(dāng)進泥量一定時，液環(huán)層越厚，污泥在液環(huán)層內(nèi)進行分離的時間越長，會有更多的污泥被分離出來；另一方面，液環(huán)層變厚，會降低某些小顆粒受擾動而隨分離液流失的可能性。綜合以上兩方面的作用，液環(huán)層增厚一般會提高脫水的固體回收率。但液環(huán)層增厚，相應(yīng)會使岸區(qū)縮短，如圖10所示，使脫離液環(huán)層的污泥沒有充足的時間被“摔干”，因此泥餅含固量將下降。在控制液環(huán)層厚度時應(yīng)在高固體回收率與泥餅含固率之間權(quán)衡。除污泥脫水后進行焚燒處置外，一般情況下無需追求過高的泥餅含固量，而固體回收率則越高越好，因此液環(huán)層厚度應(yīng)盡可能調(diào)大一些。離心機液環(huán)層厚度一般在5～15cm之間，具體取決于離心機的規(guī)格以及進泥泥質(zhì)。初沉污泥可相對薄一些，以便保證高固體回收率的前提下，盡量提高泥餅的含固量。活性污泥脫水時，液環(huán)層應(yīng)相對厚一些，否則很難保證一定的固體回收率。原因之一是活性污泥顆粒小，需要較長的泥水離心分離時間，原因之二是其污泥顆粒受擾動，極易泛起，隨分離液流失。混合污泥脫水時的液環(huán)層厚度介于二者之間，具體取決于其中活性污泥所占的比例。
(3)轉(zhuǎn)速差的控制
轉(zhuǎn)速差是指轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速之差，即兩者之間的相對轉(zhuǎn)速。如果轉(zhuǎn)速差為△n，則螺旋相對于轉(zhuǎn)鼓來說，等于以△n的速度在旋轉(zhuǎn)，液環(huán)層中被分離出的污泥就是利用這個速度被輸送出脫水機的。當(dāng)進泥量一定時，轉(zhuǎn)速差越大，污泥在脫水機中停留的時間越短，固環(huán)層就越薄；另一方面，轉(zhuǎn)速差越大，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的相對運動增大，必然使對液環(huán)層的擾動程度增大，固環(huán)層內(nèi)部分被分離出來的污泥會被重新泛至液環(huán)層，并有可能隨分離液流失。綜上所述，轉(zhuǎn)速差增大時，脫水的固體回收率和泥餅的含固量都將降低，但增大轉(zhuǎn)速差可提高離心機的處理能力。反之，減小轉(zhuǎn)速差時，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)接受離心分離的時間將延長，同時由于轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的相對運動減小，對液環(huán)層的擾動也減輕，因此固體回收率和泥餅含固量均將提高，但減小轉(zhuǎn)速差，往往使處理能力降低。轉(zhuǎn)速差不能太小，否則將由于污泥在機內(nèi)積累，使固環(huán)層厚度大于液環(huán)層，導(dǎo)致污泥隨分離液大量流失，固體回收率急劇下降，嚴重時還會由于阻力過大，扭矩超負荷損壞離心機。一般離心機都允許在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差，城市污水污泥一般 在2～35r/min的范圍內(nèi)，具體取決于進泥泥量和泥質(zhì)。在進泥量一定時初沉污泥進行脫水，轉(zhuǎn)速差可高一些，活性污泥應(yīng)低一些，混合污泥介于二者之間。
(4)調(diào)質(zhì)效果的控制
離心脫水一般宜用高效的陽離子PAM，不能采用無機鹽類混凝劑，主要原因是離心機為封閉式強制脫水，對進泥量有較嚴格的要求，如果采用無機類混凝劑將由于污泥量的增加，使離心機的脫水能力大大降低。 當(dāng)泥質(zhì)發(fā)生變化時，應(yīng)隨時調(diào)整干污泥的投藥量，保證調(diào)質(zhì)效果。一般來說，當(dāng)混合污泥中活性污泥比例較大時，應(yīng)立即增大干污泥的投藥量，反之可減少投藥量。如果污泥調(diào)質(zhì)效果下降，離心脫水的固體回收率和泥餅含固量也將隨之降低。
(5)進泥量的控制及綜合調(diào)控
每一臺離心機都有一個最大進泥量，實際進泥量超過該值時，離心機將失去平衡，并受到損壞，因而運行中應(yīng)嚴格控制離心機的進泥量。在允許的范圍內(nèi)，當(dāng)泥質(zhì)及調(diào)質(zhì)效果一定時，進泥量越大，固體回收率和泥餅含固量越低；反之，進泥量降低，則固體回收率和泥餅含固量將提高。另外，每臺離心機都有一個極限最大入流固體量。如果當(dāng)由于進泥含固量升高等原因?qū)е氯肆鞴腆w量超過極限值，將由于扭矩過大，使離心機超載而停車。
離心脫水機的運行中，應(yīng)綜合調(diào)整各工藝參數(shù)，獲得最佳的脫水效果。程序如下:
1)確定進泥量。進泥量應(yīng)保證不使脫水機超負荷，故應(yīng)滿足以下條件:
Q0<Qmax (7)
Q0•C0<Mmax (8)
式中，Q0為進泥流量(m3/h)；C0為進泥濃度(kg/m3)；Qmax為離心脫水機的最大允許進泥量(m3/h)；Mmax為離心脫水機的最大允許入流固體量(kg/h)。
【實例分析】某處理廠離心脫水機的最大允許進泥量為5m3/h，最大允許人流固體量為200kg/h。當(dāng)進泥量為4.5m3/h，進泥含固量為5%時，請核算該離心機是否超負荷。
【解】Q0=4.5m3/h，C0=5%=50kg/m3，Qmax=5m3/h，Mmax=200kg/h。
將以上數(shù)據(jù)代人式(7)和(8)，得
Q0<Qmax(因而入流不超負荷)
Q0C0=4.5×50=225kg/h
Q0C0Mmax=200kg/h
因而入流固體超負荷，應(yīng)降低進泥量。按照式(8)
Q0=Mmax/C0=200/50=4m3/h
因此，對于含固量為5%的污泥，進泥量應(yīng)小于4m3/h。
2)確定最佳干污泥投藥量，使污泥經(jīng)調(diào)質(zhì)以 后，CST值降低至2Os以下。
3)工藝參數(shù)預(yù)調(diào):將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速調(diào)到最高；將轉(zhuǎn)速差調(diào)到最大；調(diào)節(jié)溢流堰(堰值)，將液環(huán)層厚度調(diào)到最大；
4)按已確定的泥量進泥，待穩(wěn)定運行15min以后，測定泥餅及分離液的含固率，并按式(6)計算固體回收率。
5)如果固體回收率R大于90%，泥餅含固量Cu〉25%，則進行以下調(diào)節(jié):
①逐漸降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，并保持轉(zhuǎn)速差不變，當(dāng)R降至90%時，停止降低，維持在該轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。
②逐漸調(diào)節(jié)堰板，減小液環(huán)層厚度，當(dāng)R開始下降時，停止調(diào)節(jié)，維持在該厚度運行。
③逐漸降低轉(zhuǎn)速差，并觀測螺旋的扭矩，當(dāng)扭矩接近允許值時，停止降低，維持在該轉(zhuǎn)速差運行。
④以上調(diào)節(jié)可確定出轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、液環(huán)層厚度、轉(zhuǎn)速差的合理值，并使R〉90%，Cu〉25%。
6)如果R>90%，Cu<25%。則進行以下調(diào)節(jié):
①逐漸降低轉(zhuǎn)速差，當(dāng)Cu〉25%時，停止降低，維持在該轉(zhuǎn)速差運行。
②逐漸減低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，當(dāng)R降低至90%時，停止降低，維持在該轉(zhuǎn)速運行。
③逐漸降低液環(huán)層厚度，當(dāng)R開始下降時，停止降低，維持在該液環(huán)層厚度運行。
7)如果R<90%，Cu>25%。則進行以下調(diào)節(jié):
①逐漸降低轉(zhuǎn)速差，當(dāng)R>90%時，停止降低，維持在該值運行，但應(yīng)保證扭矩不大于允許最大值。
②逐漸降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，當(dāng)R開始下降時，停止降低，維持在該值運行。
③逐漸降低液環(huán)層厚度，當(dāng)R開始下降時，停止降低，維持在該值厚度運行。
8)如果R〈90%，Cu〈25%。則進行以下調(diào)節(jié):
①逐漸降低轉(zhuǎn)速差，當(dāng)R〉90%，且R〉25%時，則停止降低，維持在該值運行。 如果扭矩達到允許最大值，仍不能使R〉90%時，R〉25%，則應(yīng)分析污泥調(diào)質(zhì)是否達到要求的效果或者進泥的含固量太低。
②轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和液環(huán)層厚度的調(diào)節(jié)同第7)步。
以上各步中的R和Cu值與污泥泥質(zhì)有關(guān)系。初沉污泥或初沉消化污泥的Cu一般大于25%，而混合污泥則具體取決于活性污泥所占的比例。離心脫水的工藝控制是一項很復(fù)雜的操作,需進行大量的反復(fù)調(diào)試，但只要參數(shù)值控制合理，一般都能得到較滿意 的脫水效果。表8系各種污泥的離心脫水效果，供參考。
離心機對各種污泥的脫水效果 表8
污泥種類 泥餅含固量(%) 固體回收率(%) 干污泥加藥量(kg/t)
生污泥 初沉污泥 28～34 90～95 2～3
活性污泥 14～18 90～95 6～10
混合污泥 18～25 90～95 3～7
厭氧消化污泥 初沉污泥 26～34 90～95 2～3
活性污泥 14～18 90～95 6～10
混合污泥 17～24 90～95 3～8
同一臺離心機，既可用于脫水也可用于濃縮。正在脫水的離心機當(dāng)降低干污泥的投藥量并增大轉(zhuǎn)速差時，可轉(zhuǎn)化為濃縮工作狀態(tài)；反之，正處于濃縮工作狀態(tài)的離心機當(dāng)增大投藥量并降低轉(zhuǎn)速差時，可轉(zhuǎn)化為脫水工作狀態(tài)。
3.日常維護管理 離心脫水機的日常維護管理包括以下內(nèi)容:
(1)運行中經(jīng)常檢查和觀測的項目有油箱的油位、軸承的油流量、冷卻水及油的溫度、設(shè)備的震動情況、電流讀數(shù)等，如有異常，立即停車檢查。
(2)離心機正常停車時，先停止進泥，繼而注入熱水或一些溶劑，繼續(xù)運行10min以后再停車，并在轉(zhuǎn)軸停轉(zhuǎn)后再停止熱水的注入，并關(guān)閉潤滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。當(dāng)離心機再次起動時，應(yīng)確保機內(nèi)沖刷干凈徹底。
(3)離心機進泥中，一般不允許大于0.5cm的浮渣進入，也不允許65目以上的砂粒進入，因此應(yīng)加強前級預(yù)處理系統(tǒng)對渣砂的去除。
(4)應(yīng)定期檢查離心機的磨損情況，及時更換磨損件。
(5)離心脫水效果受溫度影響很大。北方地區(qū)冬季泥餅含固量一般可比夏季低2～3%，因此冬季應(yīng)注意增加污泥投藥量。
4.異常問題的分析與排除
現(xiàn)象一:分離液混濁，固體回收率降低。
其原因及解決對策如下:
(1)液環(huán)層厚度太薄應(yīng)增大厚度。
(2)進泥量太大，應(yīng)降低進泥量。
(3)轉(zhuǎn)速差太大，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速差。
(4)入流固體超負荷，應(yīng)降低進泥量。
(5)螺旋輸送器磨損嚴重，應(yīng)更換。
(6)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速太低，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速。
現(xiàn)象二:泥餅含固量降低。
其原因及解決對策如下:
(1)轉(zhuǎn)速差太大，應(yīng)減小轉(zhuǎn)速差。
(2)液環(huán)層厚度太大，應(yīng)降低其厚度。
(3)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速太低，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速。
(4)進泥量太大，應(yīng)減小進泥量。
(5)調(diào)質(zhì)加藥過量，應(yīng)降低干污泥投藥量。
現(xiàn)象三:轉(zhuǎn)軸扭矩太大。
其原因及解決對策如下:
(1)進泥量太大，應(yīng)降低進泥量。
(2)入流固體量太大，應(yīng)降低進泥量。
(3)轉(zhuǎn)速差太小，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速差。
(4)浮渣或砂進入離心機，造成纏繞或堵塞，應(yīng)停車檢修，予以清除。
(5)齒輪箱出故障，應(yīng)及時加油保養(yǎng)。
現(xiàn)象四:離心機過度震動。
其原因及解決對策如下:
(1)潤滑系統(tǒng)出故障，應(yīng)檢修并排除。
(2)有浮渣進入機內(nèi)，纏繞在螺旋上，造成轉(zhuǎn)動失衡，應(yīng)停車清理。
(3)機座松動，應(yīng)及時修復(fù)。
現(xiàn)象五:能耗增加電流增大。
其原因及解決對策如下:
(1)如果能耗突然增加，則離心機出泥口被堵塞，主要是轉(zhuǎn)速差太小，導(dǎo)致固體在機內(nèi)大量積累；可增大轉(zhuǎn)速差，如仍增加，則停車修理并清除。
(2)如果能耗逐漸增加，則說明螺旋輸送器被嚴重磨損，應(yīng)予以更換。
5.分析測量與記錄
離心脫水機運行需分析的項目有:進泥含固量、泥餅含固量、濾液的SS、每班至少一次。
每班應(yīng)進行下列項目的計算:總?cè)肓鞴腆w量,固體回收率,干污泥投藥量，處理每1000kg污泥的能耗。
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